modulacija

modulacija (engl. modulation; njem. Modulation; rus. модуляция), postupak pretvorbe el. signala koji nosi poruku u drugi oblik, radi prilagodbe na prijenosno sredstvo, pri čem signal može biti analogan ili digitalan. Provodi se tako da se pomoćnomu prijenosnomu signalu vremenski mijenjaju karakteristične veličine, u ovisnosti o modulacijskom signalu koji nosi u sebi poruku, čime nastaje novi modulirani signal. Kao prijenosni signal za analogni(kontinuirani) modulacijski postupak primjenjuje se signal sinusnoga valnoga oblika (karakteriziraju ga amplituda, prijenosna frekvencija i faza), a za digitalni(diskretni) primjenjuje se periodički slijed impulsa (karakterizira ih amplituda, širina i trenutak pojave pojedinoga impulsa). Analogne su amplitudna (AM), frekvencijska (FM) i faznamodulacija (PM), ovisno o tome na koji parametar djeluje modulacijski signal. Spektar amplitudno moduliranoga signala proteže se niže od frekvencije prijenosnoga signala za vrijednost gornje granične frekvencije modulacijskoga signala (donji bočni pojas)i jednako tako više od te frekvencije (gornji bočni pojas). Ti su pojasevi zrcalno simetrični s obzirom na prijenosnu frekvenciju. Svaki od njih sadržava istu informaciju, pa je dovoljno prenositi samo jedan pojas, na čem se zasniva jednobočna modulacija (SSB, akr. od engl. Single Side Band), kao podvrsta amplitudne modulacije. Digitalne su modulacija amplitude (PAM, akr. od engl. Pulse Amplitude Modulation), modulacija trajanja (PDM, akr. od engl. Pulse Duration Modulation), modulacija položaja (PPM, akr. od engl. Pulse Position Modulation) i modulacija frekvencije (PFM, akr. od engl. Pulse Frequency Modulation) slijeda impulsa. Pri diskretnoj modulaciji amplitude može se uzeti izravno analogni signal ili se on kvantizira, a to znači da su dopuštene samo određene vrijednosti amplitude. To je analogni signal s određenim korakom kvantizacije, a može se izgladiti prikladnim filtrima na mjestu prijma i tako vratiti u prvotni oblik. Korak kvantizacije može biti stalan ili promjenljiv (ovisan o vrijednosti signala i vrsti poruke). Kako trenutačna vrijednost signala može poprimiti samo određen broj amplituda, moguće je svakoj amplitudi pridružiti broj u binarnom obliku. Ti se brojevi mogu odašiljati kao slijed binarnih znakova jednake amplitude (logička nula – impulsa nema ili logička jedinica – impulsa ima). To je osnova impulsno-kodne modulacije (PCM, akr. od engl. Pulse Code Modulation), pri kojoj je znatno smanjeno djelovanje šuma na modulirani signal. Za kvalitetnu reprodukciju signala broj mogućih amplituda treba biti velik, dakle brojevi u binarnom obliku trebaju imati velik broj bitova, što znatno proširuje spektar moduliranoga signala. Kako bi se signal prenosio sa što užim spektrom, primjenjuje se diferencijalna impulsna kodna modulacija (DPCM, akr. od engl. Differential PCM), pri kojoj se binarnim brojem opisuje i onda šalje razlika amplituda susjednih uzoraka. Ako se pritom rabi samo jedan bit, dobiva se delta-modulacija (DM, akr. od engl. Delta Modulation). Adaptivni DPCM (ADPCM, akr. od engl. Adaptive DPCM) još je bolji sustav, jer predviđa veličinu sljedećega uzorka i binarnim brojem označuje odstupanje od te predviđene vrijednosti. Pri modulaciji sinusnoga valnoga oblika kodiranim digitalnim signalom mogući su osnovni modulacijski postupci, diskretna modulacija amplitude (ASK, akr. od engl. Amplitude Shift Keying), diskretna modulacija frekvencije (FSK, akr. od engl. Frequency Shift Keying) i diskretna modulacija faze (PSK, akr. od engl. Phase Shift Keying). Zbog često vrlo velikih varijacija amplitude elektromagnetskoga vala, u radiokomunikacijama se daje prednost modulacijskim postupcima FSK i PSK, kojima se ne mijenja amplituda. Osim toga, zbog ograničenosti spektra prednost imaju modulacijski postupci koji mogu uz istu širinu spektra prenositi veću količinu informacija. Inačice su diskretne modulacije faze s dvama (BPSK, akr. od engl. Binari PSK), četirima (QPSK, akr. od engl. Quadrature PSK), osam (8PSK), itd. faznih stanja (tj. potencije broja dva). Digitalni postupci modulacije zauzimaju šire spektre zbog naglih prijelaza između znakova. Suzivanje spektra moguće je postupcima modulacije koji na granici dvaju znakova nemaju skok, nego je sinusni prijenosni signal neprekinut. Ti se postupci nazivaju modulacijom s neprekinutom fazom (CPM, akr. od engl. Continous Phase Modulation) a takve su brza diskretna modulacija frekvencije (FFSK, akr. od engl. Fast Frequency Shift Keying) ili modulacija s minimalnim razmakom frekvencija (MSK, akr. od engl. Minimum Shift Keying). Pritom granica dvaju znakova mora koincidirati s prolaskom prijenosnoga sinusnoga signala kroz nulu, što zahtijeva sinkronizaciju, tj. čvrstu vezu između trajanja jednoga znaka i periode prijenosnoga signala.